CN2421037Y - 电动跑步机的直接驱动装置 - Google Patents
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Abstract
一种电动跑步机的直接驱动装置,包括一固定轴、滚筒、转动轮、铁心及线圈、固定座以及电流控制器;固定轴设在跑步机座体前方,滚筒两端固设U型转动轮,转动轮内缘设有多组永久磁铁;具定子功能的铁心及其上缠绕的线圈设于一具有套合孔的固定座,且与永久磁铁相耦合,构成无刷马达;电流控制器设有插头连接AC电源输入,并设讯号导线与控制仪表相连,控制转动轮及滚筒运转速度。当电流控制器供应线圈电流时为直接式动力装置,而停止供电时仍能为一般无动力的跑步机使用。
Description
本实用新型涉及一种运动领域体育锻炼训练设备中的电动跑步机的直接驱动装置，特别是涉及一种应用无刷马达(BRUSHLESS MOTOR)架构，以一转动轮直接驱动跑步带滚筒的电动跑步机的直接驱动装置。
跑步机(TREADMILL)是一种公认最具健身效果及实用的室内运动器材，而电动跑步机因其具有可依不同使用需求而调整速度的优点，因此其健身效果又优于一般无动力的跑步机；然而，现有习用的电动跑步机其主要驱动置是如图1、图2所示，是利用一设于座体(11)上的具有减速齿轮箱的马达(12)，经皮带或链条(13)传动位于滚筒(15)侧边的皮带轮或齿轮(14)，进而使滚筒(15)带动跑步带(16)运转。此种驱动方式的最大缺失是皮带或链条(13)的传动会有噪音及振动，且由于马达(12)的动力输出轴(12)转速极快而扭力小，无法以输出轴直接带动滚筒(15)旋转，必须经过减速齿轮箱以及齿轮(14)的减速而增强扭力后，才适于驱动滚筒(15)运转，但是如此一来，当无法提供电源时，即无法作为一般无动力的跑步机使用时，因跑步带(16)无法带动滚筒(15)运转，此外使用皮带或链条(13)等传动构件存在有磨耗问题，使用寿命较短，所以，此种现有习用的跑步机驱动装置，有其无可避免的缺失。由此可见，上述现有的电动跑步机的驱动装置仍存在有诸多的缺陷，而丞待加以改进。
有鉴于上述现有的电动跑步机的驱动装置存在的弊端，本设计人基于丰富的实务经验及专业知识，经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出本实用新型。
本实用新型的主要目的在于，克服现有的电动跑步机的驱动装置存在的缺陷，而提供一种电动跑步机的直接驱动装置，使其无须使用传动皮带、皮带轮，或是链条、齿轮，而具有低噪音及低震动的功效。
本实用新型的另一目的在于，提供一种电动跑步机的直接驱动装置，使其具有低磨耗、高惯性力以及使用寿命长的功效。
本实用新型的又一目的在于，提供一种电动跑步机的直接驱动装置，使其在供给电力时成为一提供动力源的马达型态，而在没有供给电力或停电时，则仍能作为一般无动力的跑步机使用。
本实用新型的目的是由以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种电动跑步机的直接驱动装置，其特征在于其主要包括一固定轴、一滚筒、一转动轮、一铁心及线圈、一固定座以及一电流控制器，其中：该固定轴，固设在跑步机座体的前方；该滚筒，其带动跑步带转动，该滚筒为内呈中空体，且其两端相对应分别固设有一开口朝外的U型转动轮；该转动轮，其轴孔套设有轴承，滚筒及转动轮以该轴承在固定轴上一起连动运动，且该转动轮的内缘设有多数组的永久磁铁；该铁心及线圈，其铁心为一具有定子功能的铁心，其上缠绕设有线圈，并固设于一具有套合孔的固定座上；该固定座，以键或等效元件固设定位在固定轴上，其外周缘的铁心及线圈位于转动轮的内缘，且与永久磁铁相偶合，构成一无刷马达的结构；该电流控制器，其设有一插头，连接AC电源输入，并设有一讯号导线与设于跑步机座体上方的控制仪表相连接，以控制线圈上的电流值，进而控制转动轮及滚筒运转的速度。
本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
前述的电动跑步机的直接驱动装置，其中所述的电流控制器是设有一电磁干扰滤波器，将插头送入的AC电流滤波后，送至整流器整流，再经一功率放大单元供给无刷马达电流；设有一设于无刷马达侧边的霍尔感应器，将其位置即角度讯号传至微处理器，并设有一速度回授电路及一电流回授电路，分别经一速度误差放大器及扭力误差放大器，送回微处理器，令驱动单元使无刷马达作预定转速的运转；此外，在整流器之后连接一个电压保护电路，以及在功率放大单元之后连接一过电流保护电路，以及在功率放大单元之后连接一个过电流保护电路；且其速度指令是经导线而传送至速度误差放大器，与电流回授电路之值在扭力误差放大器比较后，以微处理器来调整控制无刷马达的运转速度。
前述的电动跑步机的直接驱动装置，其中所述的电流控制器其中各元器件的具体型号为：电磁干扰滤波器为YC10TIL2，整流器为KBPC2508，功率放大单元为IRFP460，无刷马达为BL-010-2，微处理器为IC8051，无刷马达侧边的霍尔感应器为ATS177，速度回授电路为LM331，电流回授电路为LM324，速度误差放大器为LM324，扭力误差放大器为LM324，驱动单元为TLP250，过电压保护电路为LM324，过电流保护电路为LM324。
本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和积极效果。由以上技术方案可知，本实用新型电动跑步机的直接驱动装置，其包括有：一固设在跑步机座体前方的固定轴；一用以带动跑步带转动的滚筒，该滚筒内呈中空体，且其两端相对应固设有一开口朝外的U型转动轮，且该转动轮内缘设有多数组的永久磁铁；一具有定子功能的铁心及其上所缠绕的线圈，固设于一具有套合孔的固定座，且与永久磁铁相耦合，构成一无刷马达的结构型态；以及一电流控制器，控制转动轮及滚筒运转的速度；藉此，当电流控制器供应线圈电流时，即为直接式动力装置，停止供电时则仍能成为一般无动力的跑步机使用。本实用新型主要设计为无刷马达的架构，且借由转动轮与滚筒运动的构成结构特征，使其具有下述特性及优点：
一、当供给市电至线圈时，形成一种无刷马达的结构型态，直接驱动转动轮旋转作为动力源，而具有电动跑步机的功能，其噪音及震动都极低，较之现有习用的间接传动的跑步机，本实用新型在使用时的舒适性具有显著提升。
二、当停止供电时，该无刷马达外缘的转动轮仍能被滚筒带动旋转，自然转换成一种发电机的结构型态，仍然可作为一般无动力的跑步机使用。所以，本实用新型具有一机多用途的增进功效，并具有产业的利用性。
综上所述，本实用新型无须使用传动皮带、皮带轮，或是链条、齿轮，而具有低噪音及低震动的功效，大大提高了使用的舒适性；另外，其还具有低磨耗、高惯性力以及使用寿命长的功效，且其在供给电力时成为一提供动力源的马达型态，而在没有供给电力或停电时，则仍能作为一般无动力的跑步机使用，而具有一机多用途的增进功效，更利于产业应用而具有实用性。其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，且在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，而确实具有增进的功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图详细给出。
图1是现有习用的一种跑步机的立体图。
图2是图1现有习用的跑步机的驱动装置结构示意图。
图3是本实用新型电动跑步机的驱动装置的分解立体图。
图4是本实用新型电动跑步机的驱动装置的立体图。
图5是本实用新型一较佳实施例的结构示意图。
图6是本实用新型另一较佳可实施例的结构示意图。
图7是本实用新型的电流控制器主要电路结构电路原理图。
以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的电动跑步机的直接驱动装置其具体结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图3、图4、图5、图6所示，本实用新型电动跑步机的直接驱动装置，其主要包括一固定轴(2)、一滚筒(3)、一转动轮(4)、一铁心(5)及线圈(6)、一固定座(7)以及一电流控制器(8)，其中：
该固定轴(2)，固设在跑步机座体(11)的前方；
该滚筒(3)，其带动跑步带(16)转动，该滚筒(3)为内呈中空体(31)，且其两端相对应分别固设有一开口朝外的U型转动轮(4)；
该转动轮(4)，其轴孔(41)套设有轴承(42)，而使滚筒(3)及转动轮(4)在固定轴(2)上一起运动，且该转动轮(4)的内缘设有多数组的永久磁铁(43)；
该铁心(5)及线圈(6)，其铁心(5)为一具有定子功能的铁心，其上缠绕设有线圈(6)，并固设于一具有套合孔(71)的固定座(7)上；
该固定座(7)，以键(21)或等效元件固设定位在固定轴(2)上，并使外周缘的铁心(5)及线圈(6)位于转动轮(4)的内缘，且与永久磁铁(43)相偶合，构成一无刷马达(M)的结构型态；
该电流控制器(8)，其设有一插头(81)以连接AC电源输入，并以一讯号导线(82)与设于跑步机座体(11)上方的控制仪表(图中未示)连接，用以控制线圈(6)上的电流值，进而控制转动轮(4)及滚筒(3)运转的速度。
借由上述结构相组合，当插头(81)连接AC电源，使电流控制器(8)提供预定电流值至线圈(6)，进而带动外周与其相偶合的转动轮(4)旋转，形成犹如一组无刷马达(M)的结构型态；另外，由于转动轮(4)是与滚筒(3)相连结并且同步运动，因此，当转动轮(4)犹如无刷马达(M)的转子受线圈(6)的电磁作用而转动时，则直接驱动绕经滚筒(3)的跑步带(16)，无需利用皮带或链条，所以其具有低噪音及低震动的优点；再者，由于线圈(6)是以电磁驱动转动轮(4)，因此没有磨耗的问题，所以可以增加使用寿命。
请参阅图5所示，是本实用新型一可行实施例的结构示意图，其是在其中一个转动轮(4)的内缘设有由铁心(5)、线圈(6)及固定座(7)所组成的定子结构，藉由线圈(6)所产生的电磁来驱动与其相耦合的转动轮(4)。当然，如果为了增加其扭力，本实用新型另一可行实施例，是如图6所示，其是在二个转动轮(4)的内缘，皆设有永久磁铁(43)与由铁心(5)、线圈(6)及固定座(7)等构成的定子结构，且采用并联方式由电流控制器(8)同步供给所需电流，使其同步驱动二个转动轮(4)运转。
请参阅图7所示，是本实用新型的电流控制器一可行实施例的构成电路原理图，由于本实用新型的发明重点为前述的结构部分，而其电路部分的结构可以有多种电路结构来达到调整控制无刷马达(M)运转的功效，故在本实施例中，仅将其一种具体实施结构说明如下。该电流控制器(8)主要电路构成是利用设有一电磁干扰滤波器(83)，将插头(81)送入的AC电流滤波后，送至整流器(84)整流，再经一功率放大单元(85)供给无刷马达(M)电流；藉由一设于无刷马达(M)侧边的霍尔(HALL)感应器(861)，将其位置(角度)讯号传至微处理器(86)，并藉助一速度回授电路(862)及一电流回授电路(863)，分别经一速度误差放大器(864)及扭力误差放大器(865)，送回微处理器(86)，令驱动单元(87)使无刷马达(M)作预定的转速；此外，在整流器(84)之后连接一个电压保护电路(88)，以及在功率放大单元(85)之后，连接一过电流保护电路(89)，以保护整个电路及无刷马达(M)的安全。
在本实施例中，该电流控制器(8)其中各元器件的具体型号如下：电磁干扰滤波器(83)为YC10TIL2，整流器(84)为KBPC2508，功率放大单元(85)为IRFP460，无刷马达(M)为BL-010-2，微处理器(86)为IC8051，无刷马达(M)侧边的霍尔(HALL)感应器(861)为ATS177，速度回授电路(862)为LM331，电流回授电路(863)为LM324，速度误差放大器(864)为LM324，扭力误差放大器(865)为LM324，驱动单元(87)为TLP250，过电压保护电路(88)为LM324，过电流保护电路(89)为LM324。
藉助上述电流控制器(8)的构成，使用者在控制仪表(图中未示)调整所需的运动速度指令，即可经导线(82)而传送至速度误差放大器(864)，与电流回授电路(863)之值在扭力误差放大器(865)比较后，以微处理器(86)来调整控制无刷马达(M)的运转速度。
又，当停电或无法供给电源时，本实用新型仍可作为一般无动力的跑步机使用，此是因为使用者踩踏跑步带(16)时会带动滚筒(3)旋转，即转动轮(4)亦随之旋转，而其内缘设置的永久磁铁(43)会产生磁能，并与线圈(6)产生的电磁能激发而产生电力；亦即，当停止供给市电时，无刷马达(M)藉助被使用者运动所带动的转动轮(4)，而形成一种发电机的结构型态，而可供给控制仪表(图中未示)所需的电力。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (3)
1、一种电动跑步机的直接驱动装置，其特征在于其主要包括一固定轴、一滚筒、一转动轮、一铁心及线圈、一固定座以及一电流控制器，其中：
该固定轴，固设在跑步机座体的前方；
该滚筒，其带动跑步带转动，该滚筒为内呈中空体，且其两端相对应分别固设有一开口朝外的U型转动轮；
该转动轮，其轴孔套设有轴承，滚筒及转动轮以该轴承在固定轴上一起连动运动，且该转动轮的内缘设有多数组的永久磁铁；
该铁心及线圈，其铁心为一具有定子功能的铁心，其上缠绕设有线圈，并固设于一具有套合孔的固定座上；
该固定座，以键或等效元件固设定位在固定轴上，其外周缘的铁心及线圈位于转动轮的内缘，且与永久磁铁相偶合，构成一无刷马达的结构；
该电流控制器，其设有一插头，连接AC电源输入，并设有一讯号导线与设于跑步机座体上方的控制仪表相连接，以控制线圈上的电流值，进而控制转动轮及滚筒运转的速度。
2、根据权利要求1所述的电动跑步机的直接驱动装置，其特征在于其中所述的电流控制器是设有一电磁干扰滤波器，将插头送入的AC电流滤波后，送至整流器整流，再经一功率放大单元供给无刷马达电流；设有一设于无刷马达侧边的霍尔感应器，将其位置即角度讯号传至微处理器，并设有一速度回授电路及一电流回授电路，分别经一速度误差放大器及扭力误差放大器，送回微处理器，令驱动单元使无刷马达作预定转速的运转；此外，在整流器之后连接一个电压保护电路，以及在功率放大单元之后连接一过电流保护电路，以及在功率放大单元之后连接一个过电流保护电路；且其速度指令是经导线而传送至速度误差放大器，与电流回授电路之值在扭力误差放大器比较后，以微处理器来调整控制无刷马达的运转速度。
3、根据权利要求1或2所述的电动跑步机的直接驱动装置，其特征在于所述的电流控制器其中各元器件的具体型号为：电磁干扰滤波器为YC10TIL2，整流器为KBPC2508，功率放大单元为IRFP460，无刷马达为BL-010-2，微处理器为IC8051，无刷马达侧边的霍尔感应器为ATS177，速度回授电路为LM331，电流回授电路为LM324，速度误差放大器为LM324，扭力误差放大器为LM324，驱动单元为TLP250，过电压保护电路为LM324，过电流保护电路为LM324。
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